電網(wǎng)補償系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種電網(wǎng)補償系統(tǒng)及其控制方法，不僅能夠對各單相提供精確全范圍無功、諧波補償，還能夠平衡電網(wǎng)電壓。其中，電網(wǎng)補償系統(tǒng)包括雙向導通逆變器、控制器、監(jiān)控模塊、電池模塊和電容，該方法包括以下步驟：根據(jù)采樣電網(wǎng)的輸出端、負載端的電壓/電流以及雙向導通逆變器反向端的直流輸入電壓/電流獲得電網(wǎng)所處的狀態(tài)，并生成控制信號；當電網(wǎng)處于第一狀態(tài)時，通過控制雙向導通逆變器反向導通，以使電池模塊從電網(wǎng)吸收有功功率并進行儲存；當電網(wǎng)處于第二狀態(tài)時，通過控制雙向導通逆變器正向導通，以使電池模塊進行有功補償和電容進行無功補償，其中，電網(wǎng)在第一狀態(tài)時的負載小于電網(wǎng)在第二狀態(tài)時的負載。
【專利說明】電網(wǎng)補償系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術領域】，特別涉及一種電網(wǎng)補償系統(tǒng)以及一種電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，非線性不平衡負載出現(xiàn)了大量應用。由于在局部電網(wǎng)中某相或某幾相有功負荷或無功負荷過重，導致局部電網(wǎng)質(zhì)量下降，出現(xiàn)電網(wǎng)電壓不平衡、嚴重諧波及過大的中線電流，從而造成電網(wǎng)損耗加大，縮短各類電器的使用壽命。因此，必須采取有效措施以改善電能質(zhì)量，當前常用措施是電容器投切、無源濾波、動態(tài)無功補償器、有源電力濾波器等。
[0003]其中，采用三相四橋臂有源濾波器是一種較好的新型應用。電能質(zhì)量綜合補償裝置(專利申請?zhí)?200820078847.1)，提供了一種運用三相四橋臂逆變器改善電能質(zhì)量的裝置。一種復合型的四橋臂并聯(lián)有源電力濾波器控制方法(專利申請?zhí)?201110054678.4)，也提供了一種三相四橋臂濾波器控制方法。
[0004]但是，當前采用三相四橋臂逆變器的電能補償裝置，其直流側均采用連接電容形式。由于單相光伏并網(wǎng)逆變器、大功率單相負載等器件的大量應用，可能會使局部電網(wǎng)中各相吸收或釋放有功功率嚴重不平衡(例如某兩相吸收有功，另外一相釋放有功)。普通的三相四橋臂逆變器的無功補償器或電力濾波器由于其直流側僅連接電容而沒有儲存有功能量的元件，無法很好地對與有功相關的電壓不平衡、諧波進行補償，因此，無法適應當前越來越復雜的電網(wǎng)環(huán)境與用電需求。同時，在運行過程中，由于負載變化、電網(wǎng)波動、損耗等因素會使直流側電容電壓出現(xiàn)波動，而直流側電壓穩(wěn)定度直接影響補償效果。
[0005]現(xiàn)有技術存在的缺點是，采用滯環(huán)控制開關頻率的波動較大，穩(wěn)態(tài)精度低，另外三相間的控制不獨立容易造成相間的干擾；單周控制易受電路工作條件變化的影響，即使在器件參數(shù)誤差很小的情況下，噪聲干擾也會導致控制電路的條件發(fā)生變化，導致系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術缺陷之一。
[0007]為此，本發(fā)明的第一個目的在于提出一種電網(wǎng)補償系統(tǒng)，不僅能夠對各單相提供精確全范圍無功、諧波補償，同時還能夠平衡電網(wǎng)電壓。
[0008]本發(fā)明的第二個目的在于還提出一種電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法。
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明實施例的第一方面提出了一種電網(wǎng)補償系統(tǒng)，連接在電網(wǎng)輸出端和負載端之間，包括:雙向導通逆變器，所述雙向導通逆變器的正向端分別與所述負載端和所述電網(wǎng)輸出端相連；交流采樣模塊，所述交流采樣模塊分別與所述電網(wǎng)輸出端和所述負載端相連，用于采樣所述電網(wǎng)輸出端和所述負載端的電壓/電流；直流采樣模塊，所述直流采樣模塊與所述雙向導通逆變器的反向端相連，用于采樣所述雙向導通逆變器反向端的直流輸入電壓/電流；并聯(lián)的電池模塊和電容，所述并聯(lián)的電池模塊和電容與所述雙向導通逆變器的反向端相連；驅動模塊，所述驅動模塊與所述雙向導通逆變器相連；控制器，所述控制器分別與所述交流采樣模塊、所述直流采樣模塊和所述驅動模塊相連，用于根據(jù)所述交流采樣模塊和所述直流采樣模塊采樣的所述電網(wǎng)輸出端、所述負載端的電壓/電流以及所述雙向導通逆變器反向端的直流輸入電壓/電流獲得所述電網(wǎng)所處的狀態(tài)，并生成控制信號，其中，在所述電網(wǎng)處于第一狀態(tài)下通過所述驅動模塊控制所述雙向導通逆變器反向導通，以使所述電池模塊從所述電網(wǎng)吸收有功功率并進行儲存，以及在所述電網(wǎng)處于第二狀態(tài)下通過所述驅動模塊控制所述雙向導通逆變器正向導通，以使所述電池模塊進行有功補償和所述電容進行無功補償，其中，所述電網(wǎng)在所述第一狀態(tài)時的負載小于所述電網(wǎng)在所述第二狀態(tài)時的負載。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實施例的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，不僅能夠進行精確、快速、全范圍的無功補償、諧波補償，還可針對局部電網(wǎng)各單相的實際電壓、功率情況進行有功功率補償，能夠適應并改善各種復雜惡劣電網(wǎng)環(huán)境。同時，還可作為小型儲能電站應用，起到優(yōu)化電網(wǎng)電源結構，改善電網(wǎng)運行條件,提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。
[0011]為達到上述目的，本發(fā)明實施例的第二方面還提出一種電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法，其中，所述電網(wǎng)補償系統(tǒng)包括雙向導通逆變器、控制器、監(jiān)控模塊、電池模塊和電容，所述方法包括以下步驟:
[0012]根據(jù)采樣電網(wǎng)的輸出端、負載端的電壓/電流以及所述雙向導通逆變器反向端的直流輸入電壓/電流獲得所述電網(wǎng)所處的狀態(tài)，并生成控制信號；
[0013]當所述電網(wǎng)處于第一狀態(tài)時，通過控制所述雙向導通逆變器反向導通，以使所述電池模塊從所述電網(wǎng)吸收有功功率并進行儲存；
[0014]當所述電網(wǎng)處于第二狀態(tài)時，通過控制所述雙向導通逆變器正向導通，以使所述電池模塊進行有功補償和所述電容進行無功補償，其中，所述電網(wǎng)在所述第一狀態(tài)時的負載小于所述電網(wǎng)在所述第二狀態(tài)時的負載。
[0015]根據(jù)本發(fā)明實施例的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法，不僅能夠進行精確、快速、全范圍的無功補償、諧波補償，還可針對局部電網(wǎng)各單相的實際電壓、功率情況進行有功功率補償，達到全面補償?shù)哪康?。此外，該方法控制更為準確、精細。
[0016]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0018]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的結構示意圖；
[0019]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的電路結構圖；
[0020]圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制示意圖；和
[0021]圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法的流程圖。
【具體實施方式】[0022]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0023]下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結構。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復參考數(shù)字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。此夕卜，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結構可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。
[0024]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語的具體含義。
[0025]參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。
[0026]下面參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明實施例提出的電網(wǎng)補償系統(tǒng)和電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明實施例的第一方面提出的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，連接在電網(wǎng)輸出端I和負載端2之間，也就是說，連接于局部電網(wǎng)與主電網(wǎng)接口處，與負載并聯(lián)。該系統(tǒng)包括雙向導通逆變器101、交流采樣模塊102、直流采樣模塊103、并聯(lián)的電池模塊104和電容C、驅動模塊105和控制器106。
[0028]其中，雙向導通逆變器101的正向端分別與負載端2和電網(wǎng)輸出端I相連。具體地，在本發(fā)明的一個實施例中，如圖2所示，雙向導通逆變器101為三相四橋臂逆變器，包括4個橋臂a、b、c、n，每相橋臂包括兩個串聯(lián)的開關管(T1/T2、T3/T4、T5/T6、T7/T8)，兩個串聯(lián)開關管的連接點作為各橋臂的輸出端。前三個橋臂a、b、c連接在電網(wǎng)和負載的A、B、C三相之間，中性橋臂η連接在電網(wǎng)和負載的中性線N之間。三相四橋臂逆變器101還包括與前三橋臂a、b、c相連的三個濾波電感La、Lb、Lc,與中線橋臂η相連的濾波電感Ln。三個濾波電感La、Lb、Lc分別連接于前三橋臂a、b、c輸出端與電網(wǎng)(或負載)三相之間。4個橋臂a、b、C、η上下端點分別連接在一起作為直流母線，上端為正極，下端為負極。開關管(Tl 至 Τ8)可以為 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)或IPM (Intelligent Power Module,智能功率模塊)類電力電子器件,還包括與之反向并聯(lián)的二極管。
[0029]交流采樣模塊102分別與電網(wǎng)輸出端I和負載端2相連，用于采樣電網(wǎng)輸出端I和負載端2的電壓/電流，以及采樣電網(wǎng)輸出端I和負載端2的頻率相位。其中，交流采樣模塊102可以包括電壓互感器、電流霍爾、電壓過零檢測電路。[0030]直流采樣模塊103與雙向導通逆變器101的反向端相連，用于采樣雙向導通逆變器反向端的直流輸入電壓/電流。其中，直流采樣模塊103可以包括電壓互感器、電流變換器。
[0031]電池模塊104和電容C并聯(lián)連接，并與雙向導通逆變器101的反向端相連；驅動模塊105與雙向導通逆變器101相連，用于驅動雙向導通逆變器101的開關管(T1/T2、T3/T4、Τ5/Τ6、Τ7/Τ8)工作。
[0032]控制器106分別與交流采樣模塊102、直流采樣模塊103和驅動模塊105相連，用于根據(jù)交流米樣模塊102和直流米樣模塊103米樣的電網(wǎng)輸出端1、負載端2的電壓/電流以及雙向導通逆變器101反向端的直流輸入電壓/電流獲得電網(wǎng)所處的狀態(tài)，并生成控制信號，其中，在電網(wǎng)處于第一狀態(tài)下通過驅動模塊105控制雙向導通逆變器101反向導通，以使電池模塊104從電網(wǎng)吸收有功功率并進行儲存，以及在電網(wǎng)處于第二狀態(tài)下通過驅動模塊105控制雙向導通逆變器正向導通，以使電池模塊104進行有功補償和電容C進行無功補償，其中，電網(wǎng)在第一狀態(tài)時的負載小于電網(wǎng)在第二狀態(tài)時的負載。也就是說，在電網(wǎng)處于第一狀態(tài)例如夜間或用電低谷期時，由于負載使得需要補償?shù)墓β首冃?，該系統(tǒng)可以控制電池模塊104從電網(wǎng)吸收有功功率并儲存，并在電網(wǎng)處于第二狀態(tài)例如用電高峰期時，該系統(tǒng)再控制將電池模塊104中儲存的能量釋放回電網(wǎng)補償有功功率缺額，起到類似儲能電站的作用，同時電容C進行無功補償、諧波補償。
[0033]其中，控制器106為三相四橋臂逆變器控制器，可以采用能夠對電壓電流信息進行高速實時處理的處理器，例如DSP (Digital Signal Processing，數(shù)字信號處理)、FPGA(Field — Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)等。
[0034]在本發(fā)明的一個實施例中，并聯(lián)的電池模塊104和電容C還用于維持雙向導通逆變器101的反向端的電壓穩(wěn)定，并且電池模塊還包括電池控制器(圖中未示出)，用于監(jiān)控電池模塊104的電量、電壓和電流。
[0035]進一步地，如圖1所示，上述電網(wǎng)補償系統(tǒng)還包括監(jiān)控模塊107。其中，監(jiān)控模塊107分別與控制器106、交流采樣模塊102和直流采樣模塊103相連，用于實時獲取電網(wǎng)各相電壓/電流、有功/無功功率、諧波含量、告警故障信息等，并且各個模塊之間通訊采用CAN、RS485或TCP\IP協(xié)議，以實現(xiàn)準確快速的信息交互。
[0036]在本發(fā)明的一個實施例中，當局部電網(wǎng)中出現(xiàn)各相分別吸收或釋放有功功率且功率嚴重不平衡時，采用傳統(tǒng)的直流側電容結構時，由于其直流側沒有儲存有功能量的元器件，無法很好地對與有功相關的電壓不平衡、諧波進行補償。而在時變abc坐標系中，所有變量的穩(wěn)定狀態(tài)為正弦量，無法建立控制環(huán)的小信號模型，且補償?shù)膭討B(tài)過程與穩(wěn)態(tài)過程均不清晰，若采用不基于小信號模型的滯環(huán)控制，則容易發(fā)生相補償?shù)臎_突。此外，根據(jù)現(xiàn)有成熟理論可知，對于三相四橋臂拓撲結構，只要四橋臂控制恰當，就可以通過三相獨立調(diào)節(jié)達到解耦控制的效果。前三相橋臂用于提供無功有功補償電流、中線橋臂用于提供零序補償電流。根據(jù)對稱分量法，任意一組不對稱的三相系統(tǒng)電量(例如電壓、電流或電抗)，都可以將其分解為正序、負序、零序三組對稱分量。而補償?shù)哪康氖鞘咕植侩娋W(wǎng)與主電網(wǎng)之間的輸入輸出電流為三相對稱的正序有功分量，不包含零序和負序分量，中線電流基本為零，同時保證局部電網(wǎng)三相電壓平衡。
[0037]因此，本發(fā)明實施例通過控制電網(wǎng)補償系統(tǒng)產(chǎn)生補償電流，補償電流與負載電流中需要補償?shù)臒o功、中線、諧波電流相抵消，同時提供有功電流補償三相有功缺額，實現(xiàn)對電網(wǎng)的全面補償。
[0038]具體地，如圖3所示，監(jiān)控模塊107根據(jù)獲取的電網(wǎng)各相電壓/電流、有功/無功功率等信息，進行綜合計算處理以獲取需有功/無功補償?shù)哪繕穗娏鱅aobj、Ibobj、Icobj并傳遞到控制器106，還實時獲取雙向導通逆變器101的實際輸出電流Ia、Ib、Ic并傳遞到控制器106。
[0039]控制器106還用于對所述目標電流Iaobj、Ibobj、Icobj和所述實際輸出電流la、lb、Ic分別進行對稱分量法處理以獲得目標電流正序(Ia_Pobj、Ib_Pobj、Ic_Pobj)、目標電流負序(Ia_Qobj、Ib_Qobj、Ic_Qob j )和目標電流零序(Ia_0obj、Ib_0obj、Ic_0ob j )三組分量以及實際輸出電流正序(Ia_P、Ib_P、Ic_P)、實際輸出電流負序(Ia_Q、Ib_Q、Ic_Q)和實際輸出電流零序(la_0、lb_0、lc_0)三組分量。
[0040]并且，控制器106還用于對所述電網(wǎng)進行鎖相獲取電壓相位信號sinwt、coswt,并在正序同步旋轉坐標系對所述目標電流正序和所述實際輸出電流正序進行Park坐標轉換，將正序基波交流分量變?yōu)榈谝恢绷鞣至?IcLPobj、Iq_Pobj，Id_P、Iq_P),以及在負序同步旋轉坐標系對所述目標電流負序和所述實際輸出電流負序進行所述Park坐標轉換，將負序基波交流分量變?yōu)榈诙绷鞣至?IcLQobj、Iq_Qobj, Id_Q、Iq_Q)。
[0041]然后，控制器106還用于將第一直流分量(Id_Pobj、Iq_Pobj, Id_P、Iq_P)中的(Id_Pobj、Iq_Pobj)和(Id_P、Iq_P)對應的分量分別進行差分并分別通過比例積分PI調(diào)節(jié)以獲得第一電壓分量Vd_P’、Vq_P’。同理，控制器106將第二直流分量(Id_Q0bj、Iq_Qobj，Id_Q、Iq_Q)中的(Id_Qobj、Iq_Qobj)和(Id_Q、Iq_Q)對應的分量分別進行差分并分別通過比例積分PI調(diào)節(jié)以獲得第二電壓分量Vd_Q’、Vq_Q’。
[0042]通過對直流量的PI調(diào)節(jié)即可以實現(xiàn)對電流正負序分量的快速無靜差跟蹤控制。
[0043]根據(jù)現(xiàn)有成熟理論可知，因同步旋轉坐標變換而引入的d、q軸之間的耦合項，會使系統(tǒng)d軸的電流變化通過耦合項ω Lid而引起q軸電流的變化，q軸的電流變化通過耦合項《Liq而引起d軸電流的變化，耦合作用強弱與電感大小、輸出電流大小和頻率成正比。
[0044]為了消除耦合項對輸出電流的影響，需要加入電網(wǎng)反饋交叉解耦。因此，控制器106還用于對所述第一電壓分量Vd_P’、Vq_P’和所述第二電壓分量Vd_Q’、Vq_Q’分別進行電感電流解耦以獲得第三電壓分量Vd_P、Vq_P和第四電壓分量Vd_Q、Vq_Q。也就是說，通過電感電流解耦處理得到:Vd_P=Vd_P ' -coLIq_P，Vq_P=Vq_P ' +coLId_P，Vd_Q=Vd_Q ; Vq_Q=Vq_Q ; +coLId_Q。
[0045]控制器106將完全解耦的第三電壓分量Vd_P、Vq_P和第四電壓分量Vd_Q、Vq_Q分別進行dq/abc坐標轉換以獲得三相正序電壓Uaexe_P、Ubexe_P、Ucexe_P和三相負序電壓 Uaexe_Q、Ubexe_Q、Ucexe_Q?？刂破?106 并對三相正序電壓 Uaexe_P、Ubexe_P、Ucexe_P和三相負序電壓Uaexe_Q、Ubexe_Q、Ucexe_Q每相求和以獲得三相調(diào)制波Uaexe、Ubexe、Ucexe0
[0046]此外,控制器106還用于對目標電流零序(Ia_0obj、Ib_0obj、Ic_0obj )和實際輸出電流零序(la_0、lb_0、lc_0)分別求和以獲得中線目標電流Inobj和中線實際輸出電流In，并對其進行延時以獲得相位差為90°的分量，再通過Clack變換以獲得第三直流分量In_Pobj\ In_P。控制器再對第三直流分量In_Pobj、In_P進行差分并通過比例積分PI調(diào)節(jié)以獲得中線調(diào)制波Unexe。也就是說，中線橋臂提供補償電流零序分量，即中線電流目標Inobj=Ia_Oobj+Ib_Oobj+Ic_Oobj0零序分量為三個方向相同的向量，零序分量和為一正弦變化的量，為實現(xiàn)對零序分量的無靜差跟蹤，一般采用單相逆變器中常用的虛擬正交變換的方法構建一個與其相位差為90°的分量，再通過α β/dq (Clack)變換將其轉換為直流量并進行PI調(diào)節(jié)，進而獲得中線調(diào)制波Unexe。
[0047]最后，控制器106還用于對三相調(diào)制波Uaexe、Ubexe、Ucexe和中線調(diào)制波Unexe分別與三角波進行比較以獲得用來控制雙向導通逆變器101正向或反向導通的控制信號。具體地說，Uaexe、Ubexe、Ucexe、Unexe分別與三角波進行比較得到四路控制脈沖，由于同一橋臂上下開關管互補導通，需要對前述四個控制脈沖取反而獲得八路控制脈沖，八路控制脈沖通過驅動模塊105分別驅動開關管Tl至T8工作。
[0048]其中，需要說明的是,abc/dq (Park)坐標變換是指三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系的變換，α β/dq (Clack)坐標變換是指兩相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系的變換。
[0049]根據(jù)本發(fā)明實施例的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，不僅能夠進行精確、快速、全范圍的無功補償、諧波補償，還可針對局部電網(wǎng)各單相的實際電壓、功率情況進行有功功率補償，能夠適應并改善各種復雜惡劣電網(wǎng)環(huán)境。同時，還可作為小型儲能電站應用，起到優(yōu)化電網(wǎng)電源結構，改善電網(wǎng)運行條件,提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。
[0050]圖4為本發(fā)明實施例的第二方面提出的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法流程圖。其中，電網(wǎng)補償系統(tǒng)包括雙向導通逆變器、控制器、監(jiān)控模塊、電池模塊和電容。該控制方法包括以下步驟:
[0051]S101，根據(jù)采樣電網(wǎng)的輸出端、負載端的電壓/電流以及雙向導通逆變器反向端的直流輸入電壓/電流獲得電網(wǎng)所處的狀態(tài)，并生成控制信號。
[0052]S102，當電網(wǎng)處于第一狀態(tài)時，通過控制雙向導通逆變器反向導通，以使電池模塊從電網(wǎng)吸收有功功率并進行儲存。
[0053]S103，當電網(wǎng)處于第二狀態(tài)時，通過控制雙向導通逆變器正向導通，以使電池模塊進行有功補償和電容進行無功補償，其中，電網(wǎng)在第一狀態(tài)時的負載小于電網(wǎng)在第二狀態(tài)時的負載。
[0054]具體地，在本發(fā)明的一個實施例中，如圖3所示，上述控制方法包括:
[0055]監(jiān)控模塊根據(jù)獲取的電網(wǎng)各相電壓/電流、有功/無功功率等信息，進行綜合計算處理以獲取需有功/無功補償?shù)哪繕穗娏鱅aobj、Ibobj、Icobj并傳遞到控制器，還實時獲取雙向導通逆變器的實際輸出電流la、lb、Ic并傳遞到控制器?？刂破鲗λ瞿繕穗娏鱅aobj、Ibobj、Icobj和所述實際輸出電流la、lb、Ic分別進行對稱分量法處理以獲得目標電流正序(Ia_Pobj、Ib_Pobj、Ic_Pobj)、目標電流負序(Ia_Qobj、Ib_Qobj、Ic_Qobj)和目標電流零序(la_0obj、lb_0obj\ lc_0obj)三組分量以及實際輸出電流正序(Ia_P、Ib_P、Ic_P)、實際輸出電流負序(Ia_Q、Ib_Q、Ic_Q)和實際輸出電流零序(Ia_0、lb_0、Ic_0)三組分量。并且，控制器還對所述電網(wǎng)進行鎖相獲取電壓相位信號sinwt、c0swt，并在正序同步旋轉坐標系對所述目標電流正序和所述實際輸出電流正序進行Park坐標轉換，將正序基波交流分量變?yōu)榈谝恢绷鞣至?Id_Pobj、Iq_Pobj, Id_P、Iq_P),以及在負序同步旋轉坐標系對所述目標電流負序和所述實際輸出電流負序進行所述Park坐標轉換，將負序基波交流分量變?yōu)榈诙绷鞣至?IcLQobj、Iq_Qobj, Id_Q、Iq_Q)。[0056]然后，控制器106 將第一直流分量(Id_Pobj、Iq_Pob j，Id_P、Iq_P)中的(Id_Pobj、Iq_Pobj)和(Id_P、Iq_P)對應的分量分別進行差分并分別通過比例積分PI調(diào)節(jié)以獲得第一電壓分量Vd_P ’、Vq_P ’。同理，控制器106將第二直流分量(I d_Qob j、I q_Qob j，I d_Q、I q_Q)中的(Id_Qobj、Iq_Qob j )和(Id_Q、Iq_Q)對應的分量分別進行差分并分別通過比例積分PI調(diào)節(jié)以獲得第二電壓分量Vd_Q’、Vq_Q’。
[0057]通過對直流量的PI調(diào)節(jié)即可以實現(xiàn)對電流正負序分量的快速無靜差跟蹤控制。
[0058]根據(jù)現(xiàn)有成熟理論可知，因同步旋轉坐標變換而引入的d、q軸之間的耦合項，會使系統(tǒng)d軸的電流變化通過耦合項ω Lid而引起q軸電流的變化，q軸的電流變化通過耦合項《Liq而引起d軸電流的變化，耦合作用強弱與電感大小、輸出電流大小和頻率成正比。
[0059]為了消除耦合項對輸出電流的影響，需要加入電網(wǎng)反饋交叉解耦。因此，控制器106還對所述第一電壓分量Vd_P’、Vq_P’和所述第二電壓分量Vd_Q’、Vq_Q’分別進行電感電流解耦以獲得第三電壓分量Vd_P、Vq_P和第四電壓分量Vd_Q、Vq_Q。也就是說，通過電感電流解耦處理得到:Vd_P=Vd_P ' -coLIq_P，Vq_P=Vq_P ' + ω LId_P, Vd_Q=Vd_Q ; -coLIq_Q, Vq_Q=Vq_Q ' +coLId_Q。
[0060]控制器將完全解耦的第三電壓分量Vd_P、Vq_P和第四電壓分量Vd_Q、Vq_Q分別進行dq/abc坐標轉換以獲得三相正序電壓Uaexe_P、Ubexe_P、Ucexe_P和三相負序電壓Uaexe_Q、Ubexe_Q、Ucexe_Q,并對三相正序電壓 Uaexe_P、Ubexe_P、Ucexe_P 和三相負序電壓 Uaexe_Q、Ubexe_Q、Ucexe_Q 每相求和以獲得三相調(diào)制波 Uaexe、Ubexe、Ucexe0
[0061]此外,控制器對目標電流零序(la_0obj、lb_0obj、lc_0obj )和實際輸出電流零序(la_0、lb_0、lc_0)分別求和以獲得中線目標電流Inobj和中線實際輸出電流In，并對其進行延時以獲得相位差為90°的分量，再通過Clack變換以獲得第三直流分量In_Pobj、In_P。然后控制器再對第三直流分量In_Pobj、In_P進行差分并通過比例積分PI調(diào)節(jié)以獲得中線調(diào)制波Unexe。也就是說，中線橋臂提供補償電流零序分量，即中線電流目標Inobj=Ia_0obj+Ib_0obj+Ic_0objo零序分量為三個方向相同的向量，零序分量和為一正弦變化的量，為實現(xiàn)對零序分量的無靜差跟蹤，一般采用單相逆變器中常用的虛擬正交變換的方法構建一個與其相位差為90°的分量，再通過α β/dq (Clack)變換將其轉換為直流量并進行PI調(diào)節(jié)，進而獲得中線調(diào)制波Unexe。
[0062]最后，控制器對三相調(diào)制波Uaexe、Ubexe、Ucexe和中線調(diào)制波Unexe分別與三角波進行比較以獲得用來控制雙向導通逆變器正向或反向導通的控制信號。具體地說，Uaexe、Ubexe、Ucexe、Unexe分別與三角波進行比較得到四路控制脈沖，由于同一橋臂上下開關管互補導通，需要對前述四個控制脈沖取反而獲得八路控制脈沖，八路控制脈沖通過驅動模塊分別驅動開關管Tl至T8工作。
[0063]根據(jù)本發(fā)明實施例的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法，不僅能夠進行精確、快速、全范圍的無功補償、諧波補償，還可針對局部電網(wǎng)各單相的實際電壓、功率情況進行有功功率補償，達到全面補償?shù)哪康摹４送?，該方法控制更為準確、精細。
[0064]流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的范圍包括另外的實現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應被本發(fā)明的實施例所屬【技術領域】的技術人員所理解。
[0065]在流程圖中表示或在此以其他方式描述的邏輯和/或步驟，例如，可以被認為是用于實現(xiàn)邏輯功能的可執(zhí)行指令的定序列表，可以具體實現(xiàn)在任何計算機可讀介質(zhì)中，以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備(如基于計算機的系統(tǒng)、包括處理器的系統(tǒng)或其他可以從指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備取指令并執(zhí)行指令的系統(tǒng))使用，或結合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備而使用。就本說明書而言，"計算機可讀介質(zhì)"可以是任何可以包含、存儲、通信、傳播或傳輸程序以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備或結合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備而使用的裝置。計算機可讀介質(zhì)的更具體的示例(非窮盡性列表)包括以下:具有一個或多個布線的電連接部(電子裝置)，便攜式計算機盤盒(磁裝置)，隨機存取存儲器(RAM)，只讀存儲器(R0M)，可擦除可編輯只讀存儲器(EPR0M或閃速存儲器)，光纖裝置，以及便攜式光盤只讀存儲器(CDR0M)。另外，計算機可讀介質(zhì)甚至可以是可在其上打印所述程序的紙或其他合適的介質(zhì)，因為可以例如通過對紙或其他介質(zhì)進行光學掃描，接著進行編輯、解譯或必要時以其他合適方式進行處理來以電子方式獲得所述程序，然后將其存儲在計算機存儲器中。
[0066]應當理解，本發(fā)明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現(xiàn)。在上述實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來實現(xiàn)。例如，如果用硬件來實現(xiàn)，和在另一實施方式中一樣，可用本領域公知的下列技術中的任一項或他們的組合來實現(xiàn):具有用于對數(shù)據(jù)信號實現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(PGA)，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。
[0067]本【技術領域】的普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。
[0068]此外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理模塊中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中。
[0069]上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。
[0070]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0071]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權利要求及其等同限定。
【權利要求】
1.一種電網(wǎng)補償系統(tǒng)，其特征在于，連接在電網(wǎng)輸出端和負載端之間，包括: 雙向導通逆變器，所述雙向導通逆變器的正向端分別與所述負載端和所述電網(wǎng)輸出端相連； 交流采樣模塊，所述交流采樣模塊分別與所述電網(wǎng)輸出端和所述負載端相連，用于采樣所述電網(wǎng)輸出端和所述負載端的電壓/電流； 直流采樣模塊，所述直流采樣模塊與所述雙向導通逆變器的反向端相連，用于采樣所述雙向導通逆變器反向端的直流輸入電壓/電流； 并聯(lián)的電池模塊和電容，所述并聯(lián)的電池模塊和電容與所述雙向導通逆變器的反向端相連； 驅動模塊，所述驅動模塊與所述雙向導通逆變器相連； 控制器，所述控制器分別與所述交流采樣模塊、所述直流采樣模塊和所述驅動模塊相連，用于根據(jù)所述交流采樣模塊和所述直流采樣模塊采樣的所述電網(wǎng)輸出端、所述負載端的電壓/電流以及所述雙向導通逆變器反向端的直流輸入電壓/電流獲得所述電網(wǎng)所處的狀態(tài)，并生成控制信號，其中，在所述電網(wǎng)處于第一狀態(tài)下通過所述驅動模塊控制所述雙向導通逆變器反向導通，以使所述電池模塊從所述電網(wǎng)吸收有功功率并進行儲存，以及在所述電網(wǎng)處于第二狀態(tài)下通過所述驅動模塊控制所述雙向導通逆變器正向導通，以使所述電池模塊進行有功補償和所述電容進行無功補償，其中，所述電網(wǎng)在所述第一狀態(tài)時的負載小于所述電網(wǎng)在所述第二狀態(tài)時的負載。
2.如權利要求1所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，其特征在于，所述并聯(lián)的電池模塊和電容還用于維持所述雙向導通逆變器的反向端的電壓穩(wěn)定。
3.如權利要求2所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，其特征在于，所述電池模塊還包括: 電池控制器，用于監(jiān)控所述電池模塊的電量、電壓和電流。
4.如權利要求1所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊分別與所述控制器、所述交流采樣模塊和所述直流采樣模塊相連，用于實時獲取所述電網(wǎng)各相電壓/電流和有功/無功功率以及所述雙向導通逆變器的實際輸出電流la、lb、Ic，并進行處理以獲取各相需補償?shù)哪繕穗娏鱅aobj、Ibobj,Icobj ο
5.如權利要求4所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還用于對所述目標電流Iaobj、Ibobj、Icobj和所述實際輸出電流la、lb、Ic分別進行對稱分量法處理以獲得目標電流正序(Ia_Pobj、Ib_Pobj、Ic_Pobj)、目標電流負序(Ia_Qobj、Ib_Qobj、Ic_Qobj)和目標電流零序(Ia_0obj、Ib_0obj、Ic_0obj)以及實際輸出電流正序(Ia_P、Ib_P、Ic_P)、實際輸出電流負序(Ia_Q、Ib_Q、Ic_Q)和實際輸出電流零序(la_0、lb_0、lc_0)。
6.如權利要求5所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還用于對所述電網(wǎng)進行鎖相獲取電壓相位信號，并在正序同步旋轉坐標系對所述目標電流正序和所述實際輸出電流正序進行Park坐標轉換以獲得第一直流分量(Id_P0bj、Iq_P0bj，Id_P、Iq_P)，以及在負序同步旋轉坐標系對所述目標電流負序和所述實際輸出電流負序進行所述Park坐標轉換以獲得第二直流分量(IcLQobj、Iq_Qobj, Id_Q、Iq_Q)。
7.如權利要求6所 述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還用于將所述第一直流分量和所述第二直流分量中對應的分量進行差分并分別通過比例積分PI調(diào)節(jié)以獲得第一電壓分量Vd_p’、Vq_P’和第二電壓分量Vd_Q’、Vq_Q’。
8.如權利要求7所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還用于對所述第一電壓分量和所述第二電壓分量分別進行電感電流解耦以獲得第三電壓分量Vd_P、Vq_P和第四電壓分量Vd_Q、Vq_Q。
9.如權利要求8所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還用于對所述第三電壓分量和所述第四電壓分量分別進行dq/abc坐標轉換以獲得三相正序電壓和三相負序電壓，所述控制器并對所述三相正序電壓和三相負序電壓每相求和以獲得三相調(diào)制波Uaexe、Ubexe、Ucexe0
10.如權利要求5所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還用于對所述目標電流零序和所述實際輸出電流零序分別求和以獲得中線目標電流Inobj和中線實際輸出電流In，并對其進行延時以獲得相位差為90°的分量，再通過Clack變換以獲得第三直流分量 In_Pobj、In_P。
11.如權利要求10所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還用于對所述第三直流分量進行差分并通過比例積分PI調(diào)節(jié)以獲得中線調(diào)制波Unexe。
12.如權利要求9或11所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還用于對所述三相調(diào)制波和所述中線調(diào)制波分別與三角波進行比較以獲得用來控制所述雙向導通逆變器正向或反向導通的控制信號。
13.—種電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述電網(wǎng)補償系統(tǒng)包括雙向導通逆變器、控制器、監(jiān)控模塊 、電池模塊和電容，所述方法包括以下步驟: 根據(jù)采樣電網(wǎng)的輸出端、負載端的電壓/電流以及所述雙向導通逆變器反向端的直流輸入電壓/電流獲得所述電網(wǎng)所處的狀態(tài)，并生成控制信號； 當所述電網(wǎng)處于第一狀態(tài)時，通過控制所述雙向導通逆變器反向導通，以使所述電池模塊從所述電網(wǎng)吸收有功功率并進行儲存； 當所述電網(wǎng)處于第二狀態(tài)時，通過控制所述雙向導通逆變器正向導通，以使所述電池模塊進行有功補償和所述電容進行無功補償，其中，所述電網(wǎng)在所述第一狀態(tài)時的負載小于所述電網(wǎng)在所述第二狀態(tài)時的負載。
14.如權利要求13所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，在所述電池模塊進行有功補償和所述電容進行無功補償之前，還包括: 所述監(jiān)控模塊實時獲取所述電網(wǎng)各相電壓/電流和有功/無功功率以及所述雙向導通逆變器的實際輸出電流la、lb、Ic，并進行處理以獲取各相需補償?shù)哪繕穗娏鱅aobj、Ibobj、Icobj ； 所述監(jiān)控模塊將所述實際輸出電流和所述目標電流傳遞到所述控制器。
15.如權利要求14所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，還包括: 所述控制器對所述目標電流Iaobj、Ibobj、Icobj和所述實際輸出電流la、lb、Ic分別進行對稱分量法處理以獲得目標電流正序(Ia_Pobj、Ib_Pobj、Ic_Pobj)、目標電流負序(Ia_Qobj、Ib_Qobj、Ic_Qob j )和目標電流零序(Ia_0obj、Ib_0obj、Ic_0obj )以及實際輸出電流正序(Ia_P、Ib_P、Ic_P)、實際輸出電流負序(Ia_Q、Ib_Q、Ic_Q)和實際輸出電流零序(la_0、lb_0、lc_0)。
16.如權利要求15所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，還包括:所述控制器對所述電網(wǎng)進行鎖相獲取電壓相位信號，并在正序同步旋轉坐標系對所述目標電流正序和所述實際輸出電流正序進行Park坐標轉換以獲得第一直流分量(Id_Pobj\ Iq_Pobj, Id_P、Iq_P)，以及在負序同步旋轉坐標系對所述目標電流負序和所述實際輸出電流負序進行所述Park坐標轉換以獲得第二直流分量(Id_Q0bj、Iq_Qobj, Id_Q、Iq_Q)。
17.如權利要求16所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，還包括: 所述控制器將所述第一直流分量和所述第二直流分量中對應的分量進行差分并分別通過比例積分PI調(diào)節(jié)以獲得第一電壓分量Vd_P’、Vq_P’和第二電壓分量Vd_Q’、Vq_Q’ ；所述控制器對所述第一電壓分量和所述第二電壓分量分別進行電感電流解耦以獲得第三電壓分量Vd_P、Vq_P和第四電壓分量Vd_Q、Vq_Q。
18.如權利要求17所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，還包括: 所述控制器對所述第三電壓分量和所述第四電壓分量分別進行dq/abc坐標轉換以獲得二相正序電壓和二相負序電壓； 所述控制器并對所述三相正序電壓和三相負序電壓每相求和以獲得三相調(diào)制波Uaexe、Ubexe、Ucexe0
19.如權利要求15所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，還包括: 所述控制器對所述目標電流零序和所述實際輸出電流零序分別求和以獲得中線目標電流Inobj和中線實際輸出 電流In ； 對所述中線目標電流Inobj和中線實際輸出電流In進行延時以獲得相位差為90°的分量，并通過Clack變換以獲得第三直流分量In_Pobj、In_P。
20.如權利要求19所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，還包括: 所述控制器對所述第三直流分量進行差分并通過比例積分PI調(diào)節(jié)以獲得中線調(diào)制波Unexe0
21.如權利要求18或20所述的電網(wǎng)補償系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，還包括: 所述控制器對所述三相調(diào)制波和所述中線調(diào)制波分別與三角波進行比較以獲得用來控制所述雙向導通逆變器正向或反向導通的控制信號。
【文檔編號】H02J3/01GK103580032SQ201210253463
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月20日 優(yōu)先權日:2012年7月20日
【發(fā)明者】景劍飛, 孫嘉品, 尹韶文 申請人:比亞迪股份有限公司